天科合达:材料人的决心与坚守

刘超

2016年，全球碳化硅（SiC）电力电子市场规模在2.1亿～2.4亿美元之间。预计2016-2021年全球SiC电力电子市场复合增长率将达到19%。据预测，到2019年，全球SiC衬底产量将超过200万片，市场规模将达到20亿美元，外延材料市场规模约10亿美元。

有业内机构曾经预测，全球SiC半导体市场最早将于2018-2019年完全打开，然后在一定时期内将呈爆发增长趋势。然而，随着国际半导体企业纷纷实现了6英寸SiC衬底及外延材料的规模化生產，全球半导体市场之门已被提前叩开。自2016年下半年起，美国科锐（Cree）公司（简称“Cree”）、德国英飞凌（Infineon）科技公司（简称“Infineon”）、日本罗姆（Rohm）株式会社（简称“Rohm”）等半导体企业纷纷推出更先进的SiC基半导体器件和模块，无疑加速了第3代半导体应用的脚步。

据了解，2016年，我国整个半导体行业进口额达4000亿美元。长期以来，国内半导体市场被国外企业垄断，一直都是我国半导体产业人心底的痛。以硅、锗和砷化镓为代表的前2代半导体，我国都输在了起跑线上，因此第3代半导体的国产化问题已经迫在眉睫。

目前，北京天科合达半导体股份有限公司（以下简称“天科合达”）已经实现了6英寸SiC衬底材料小批量供货，接近国际主流产品水平，而这家成立不过十余载的高技术企业在中国半导体产业披荆斩棘中一路走来，正在用“专注于材料”的精神在中国半导体领域开创一片新的天地。

破产业之困

2006年9月，中国科学院物理研究所（以下简称“物理所”）与新疆生产建设兵团等投资方合作成立了高新技术企业——北京天科合达蓝光半导体有限公司，公司长期从事第3代半导体SiC晶片的研发、生产和销售。2016年4月11日，北京天科合达蓝光半导体有限公司更名为“北京天科合达半导体股份有限公司”。天科合达的成立距离美国Cree公司首次推出SiC晶片（1991年）已经过了15年，而我国对SiC晶体材料的研究从20世纪90年代末才开始。

天科合达SiC衬底材料的技术源于物理所，在天科合达成立之前，物理所的SiC晶体材料技术一直没有实现成果转化。经过十多年的技术积累，天科合达先后研发成功具有自主知识产权的SiC单晶生长设备，制定了国内SiC半导体领域唯一一项国家产品标准——《SiC单晶抛光片》（GB/ T 30656-2014），发明专利数量在国内SiC单晶材料领域位居第1。2014年11月，天科合达研发成功国内第1个6英寸SiC晶体产品。目前，天科合达拥有自主知识产权的SiC晶体生长设备和SiC晶体生长、晶体加工、检测技术，建立了完整的SiC晶片生产线。其产品涵盖2英寸、3英寸、4英寸、6英寸的导电型和半绝缘型SiC晶体和晶片，应用领域涵盖半导体照明、新能源汽车、轨道交通、智能电网、移动通讯等。

在行业之外的人来看，天科合达一路走来似乎顺风顺水，但用天科合达总裁杨建的话说，“这是一个又痛苦又煎熬的过程”。他说：“第3代半导体产业的进入门槛极高，不是随便买一些设备就能做起来。天科合达从早期的研发到现在的产业化，所有的技术路径和面对的难题没有经验可以借鉴，国外企业更不会告诉我们怎么做，都靠企业自己不断去摸索。”在这种情况下，物理所和天科合达的科研团队共同投入到产学研的联合开发中，在不断地遇到问题和解决问题的过程中，产学研联合的经验居然成了天科合达一个最大的优势。

“我们从生长设备开始做，拥有了自己的知识产权。这个过程听起来容易，但做起来很难，投入非常大，时间很长。但是天科合达已经熬过了这个过程。”杨建感叹。

在不断地遇到问题和解决问题的过程中，天科合达SiC晶体材料的产业化之路艰难前行，成功打破了国产半导体材料产化难的困局，在第3代半导体材料及器件的国产化道路上迈出了第1步。

潜心做材料

目前，天科合达已经拥有300多个客户，但一半以上是海外客户。按理说，拥有数百家客户的天科合达前景一片光明，但杨建的担忧也随着海外客户的增多而越发加重。

杨建介绍，天科合达以前之所以发展海外客户尤其是欧美和日本的客户，是因为他们的应用基础比国内要好，对材料的要求极高，有助于天科合达高标准、严要求产品。但这里面却也存在着一个致命的问题：国外的应用企业不会支持中国的半导体企业发展壮大，也不会依赖中国企业，因此他们只是小批量采购，他们从不会将中国的材料企业列为首选的采购对象。目前，下游大规模应用尚未打开，国内外厂商都处于产品订单开发状态。外方客户一旦放弃合作，那么对天科合达的打击将是致命性的。

随着国内的应用需求逐渐增多，天科合达的市场重心已转向国内，面对国内数亿元的半导体市场，天科合达绝没有理由放弃。然而，另一个问题又出现了：国内的应用市场还没有开启，没有实现SiC半导体器件大规模生产的企业，即使有，也主要是购买国外SiC衬底。杨建指出了目前国内材料企业与应用企业对接不畅的问题：“目前全球SiC衬底的生产量远远低于器件的需求量，国外企业肯定先得满足自己的需求（许多国外半导体企业是全产业链生产），才能考虑别人。国内的器件企业都买国外的衬底，做出来的器件性能暂时是要比国内的衬底好一些，但是如果人家不卖给你怎么办？你的脖子就被人家卡住了”。

急于打开国内市场，并不是天科合达完全想多卖产品，而是想通过国内用户的反馈，快速提升材料的性能和质量。国外用户不会把材料的缺陷告诉你。“没有用户反馈，我们永远也不会知道材料的问题究竟出在哪里，也就无法改进，自然也得不到提升的机会。反而国内器件企业把材料的信息都反馈到国外衬底企业那里，国外企业在不断的改进过程中加速发展。如果国内襯底企业因为反馈信息少而发展缓慢，那我们与国外的差距将会越来越大。”

为了能不断提升SiC晶体材料的品质，天科合达主动牵头成立了“中关村天合宽禁带半导体创新联盟”。“我们的联盟是公益性的，目的就是要大家一起来把产业做大，突围出去。建立快速的反馈机制，我们根据这些反馈及时改进和提升产品的质量，应该会走出一条特色的产业路径。”

据了解，中国中车、国家电网、中电集团等，都在对下游生产线进行布局，杨建很希望国内用户的需求量早日提升，这样天科合达的SiC材料才能出现质的飞跃。在杨建眼中，天科合达既然选择了半导体材料，就会始终做下去，始终为提升材料的品质不断寻求方法，天科合达能成为国内第一家实现SiC衬底材料产业化的企业，就是因为10年的“冷板凳”让他们能沉得下心去做一件事情，这“冷板凳”还会一直坐下去。

未来犹可期

创业之路艰难，杨建作为天科合达的创始人之一，经历了企业的艰辛，但始终心怀希望。因为，第3代半导体产业的第一缕曙光已经照进了每一个产业人的心里。

2017年4月10日，天科合达在“新三板”挂牌，也成为SiC晶体材料领域唯一一家在国内资本市场挂牌的企业。资本市场给天科合达带来了新的发展机遇。面对这个机遇，杨建说，得从企业自身需求和产业需求的角度来理解这个机遇期的特点。

企业层面，首先中国的半导体材料和器件企业的规模都不大，长期以来都没有像Cree、Infineon、Rohm等那样有长期技术沉淀的企业出现，一是起步晚，二是产业链各环节的企业相互间的合作太少，竞争大于合作。而Cree等都已经构建了全产业链的格局，即使不与别人合作，自己也能解决材料、器件、模块以及装备的衔接问题。其次，半导体产业是一个烧钱的产业，需要长期投入大量的资金，目前国内的金融资本都在追逐见效快的项目，半导体企业对资金的大量需求难以得到满足。第三，中国缺少“把一件事情做到极致”思维的企业，企业的逐利性越来越强就会失去专注一事的精神，这一点在我国的材料和工业制造领域尤为明显。如果国内的半导体企业都朝着这个目标努力，那么中国的半导体产业不仅可以超越国外，更有希望出现比Cree等更强的企业。

产业层面，第3代半导体市场的窗口期已经到来，首先表现为SiC基半导体器件和模块的不断涌现，对上游材料的牵引作用会越加明显，同时对下游装备的推动作用也会显现。受其影响，国内的SiC衬底材料和器件的国产化进程将会加速。随着SiC基半导体的性能逐渐得到市场的认可，会加速世界半导体工业的格局的转型，进而带动材料和装备的升级。

十余年来，天科合达只专注于SiC晶体材料制备技术，并且培育了一只快速反应的专业团队，汇聚了一批优秀的科技精英，掌握了全方位的核心技术。天科合达将引领SiC领域的持续发展，以强大的研发能力，专注将SiC半导体材料做到极致，时刻准备着鏖战于充满无限商机的国际半导体市场。